Programmazione in R

class: title-slide, center, middle

#.title[Introduzione a R]

#.subtitle[Giornata 3 - Programmazione in R]

###.location[Corsi ARCA - @DPSS]

###.author[Filippo Gambarota]

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# Programmazion in R

Quello che vedremo in questa sezione sono i principali **costrutti della programmazione** e la loro applicazione in R. Ci sono alcuni punti da considerare:

- Sono concetti trasversali estremamente utili
- Sono alla base di qualcunque **funzionalità già implementata in R**
- Vi permettono di fare qualunque cosa con il linguaggio

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# Programmazion in R - Disclaimer

Ci sono delle cose che per tempo e complessità non possiamo affrontare e che sono R specifiche. Per questi aspetti avanzati del linguaggio, il libro [**Advanced R**](https://adv-r.hadley.nz/) è la cosa migliore

```r
put_image("adv_R.png")
```

---

class: section, center, middle

# Costrutti della programmazione in R

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# Costrutti della programmazione in R

- Funzioni
- Programmazione condizionale
- Programmazione iterativa

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# Funzioni

Analogalmente alle *funzioni matematiche* la funzione in programmazione consiste nell' **astrarre** una serie di operazioni (nel nostro caso una porzione di codice) definendo una serie di operazioni che forniti degli *input* forniscono degli *output* eseguendo una serie di *operazioni*

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# Funzioni

Prendiamo l'equazione di una retta: `$y = 2x + 3$` dove `$3$`

```r
x <- 1:10
y <- 2*x + 3
plot(x, y, xlim = c(0, 10), ylim = c(0, 30), type = "l")
```

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# Funzioni

Se vogliamo *astrarre* questa operazione in modo da renderla più generale e utile dobbiamo definire:

- **argomenti funzione**: quelle che in matematica sono le *variabili*
- **corpo funzione**: le **operazioni** che la funzione deve eseguire usando gli argomenti
- **output funzione**: cosa la funzione deve **restituire** come risultato

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# Funzioni - Argomenti

Gli **argomenti** sono quelle parti variabili della funzione che vengono definiti e poi sono necessari ad eseguire la funzione stessa. Se vogliamo *astrarre* la retta che abbiamo visto prima dobbiamo definire alcune parti come **variabili**:

La retta `$y = mx + q$` dove `$m$` è la pendenza, `$x$` sono i valori della variabile `$x$` e `$q$` è l'intercetta (valore di `$y$` quando `$x = 0$`). Quindi possiamo definire in R:

```r
retta <- function(m, x, q){ # argomenti
    # body
    # output
}
```

---
# Funzioni - Body

Il corpo della funzione sono le operazioni da eseguire utilizzando gli argomenti in input. Nel caso della retta semplicemente moltiplicare `$m$` per ogni valore di `$x$` e aggiungere `$q$`. In questo modo otteniamo tutti i valori di `$y$`:

```r
retta <- function(m, x, q){ # argomenti
    y <- m*x + q
    
    # output
}
```

---
# Funzioni - Output

L'output è il **risultato che la funzione ci restituisce** dopo aver eseguito tutte le operazioni. Nel nostro caso della retta, vogliamo ottenere il rispettivo valore di `$y$` per ogni valore di `$x$` inserito:

```r
retta <- function(m, x, q){ # argomenti
    y <- m*x + q
    
    return(y) # restituisce y
}
```

---
# Funzioni - Risultato finale

.pull-left[

```r
retta <- function(m, x, q){ # argomenti
    y <- m*x + q
    
    return(y) # restituisce y
}

x <- 1:10
m <- 0.3
q <- 0

y <- retta(m, x, q)
```
]

.pull-right[
<img src="data:image/png;base64,#4_programmazione_files/figure-html/unnamed-chunk-8-1.png" width="2100" style="display: block; margin: auto;" />
]

---
class: section, center, middle

# Programmazione condizionale

---
# Programmazione condizionale

In programmazione solitamente è necessario non solo eseguire una serie di operazione **MA** eseguire delle operazione in funzione di alcune **condizioni**

Facciamo un esempio pratico, la funzione `summary()` in R fornisce un risultato diverso in base al tipo di input. Come è possibile tutto questo? Tramite l'utilizzo di **condizioni**:

```r
x <- 1:10 # vettore numerico
y <- factor(rep(c("a", "b", "c"), each = 10)) # vettore di stringhe

summary(x)
```

```
##    Min. 1st Qu.  Median    Mean 3rd Qu. 
##    1.00    3.25    5.50    5.50    7.75 
##    Max. 
##   10.00
```

```r
summary(y)
```

```
##  a  b  c 
## 10 10 10
```

---
# Programmazione condizionale

Anche se non sappiamo quali operazioni svolga la funzione `summary()` possiamo immaginare una cosa simile

```r
summary <- function(argomento){
    
    # se l'argomento è un vettore numerico
    # esegui --> operazioni a,b,c
    
    # se l'argomento è un vettore stringa
    # esegui --> operazioni d,e,f
    
    # ...
}
```

---
# Programmazione condizionale

Il concetto di `se <condizione> allora fai <operazione>` si traduce in programmazione tramite quelli che si chiamano `if statement`:

```r
put_image("if_chart.png")
```

---
# Programmazione condizionale

Per lavorare con gli `if statements` dobbiamo avere chiaro:

- il concetto di *operatori logici* ovvero `TRUE` e `FALSE`
- il concetto di *operazioni logiche* `TRUE and TRUE = TRUE`

---
# Programmazione condizionale

Quando una sola condizione non basta...

```r
put_image("ifelse_chart.png")
```

---
# Programmazione condizionale

Per poter capire quale struttura condizionale utilizzare è importante capire bene il problema che dobbiamo risolvere.

Ritornando all'esempio della funzione `summary()`, immaginiamo di avere 2 tipi di dati in R; stringhe e numeri.

In questo caso è sufficiente avere un `if statement` che controlla se l'elemento è una stringa/numero e per tutto il resto applicare l'opposto.

---
# Programmazione condizionale - Tip

Esiste una famiglia di funzioni con prefisso `is.*` che fornisce `TRUE` quando la tipologia di oggetto corrisponde a quella richiesta e `FALSE` in caso contrario.

```r
x <- 1:10

is.numeric(x)
```

```
## [1] TRUE
```

```r
is.factor(x)
```

```
## [1] FALSE
```

```r
is.character(x)
```

```
## [1] FALSE
```

Possiamo usare queste funzioni per creare un flusso condizionale nella nostra funzione `summary()`

---
# Programmazione condizionale

Scriviamo una funzione che restituisca la `media` quando il vettore è numerico e la tabella di frequenza (con la funzione `table()`)

```r
my_summary <- function(x){
    
    # testiamo la condizione
    
    if(is.numeric(x)){
        return(mean(x))
    }else{
        return(table(x))
    }
}

x <- 1:10
my_summary(x)
```

```
## [1] 5.5
```

```r
x <- rep(c("a","b","c"), c(10, 2, 8))
my_summary(x)
```

```
## x
##  a  b  c 
## 10  2  8
```

---
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# Programmazione iterativa

---
# Programmazione iterativa

Il concetto di *iterazione* è alla base di qualsiasi operazione nei linguaggi di programmazione.

In R molte delle operazioni sono vettorizzate. Questo rende il linguaggio più efficiente e pulito MA nasconde il concetto di *iterazione*

---

# Programmazione iterativa

Esempio: se io vi chiedo di usare la funzione `print()` per scrivere `"hello world"` nella console 10 volte, come fate?

```r
msg <- "Hello World"
print(msg)
```

```
## [1] "Hello World"
```

```r
print(msg)
```

```
## [1] "Hello World"
```

```r
print(msg)
```

```
## [1] "Hello World"
```

```r
print(msg)
```

```
## [1] "Hello World"
```

```r
print(msg)
```

```
## [1] "Hello World"
```

```r
print(msg)
```

```
## [1] "Hello World"
```

```r
print(msg)
```

```
## [1] "Hello World"
```

```r
print(msg)
```

```
## [1] "Hello World"
```

```r
print(msg)
```

```
## [1] "Hello World"
```

```r
print(msg)
```

```
## [1] "Hello World"
```

# Programmazione iterativa

Quello che ci manca è un modo di ripetere una certa operazione, senza effettivamente ripetere il codice manualmente.

Ci sono vari costrutti che ci permettono di ripetere operazioni:

- Cicli `for`
- Cicli `while`
- `*apply` family
- altri

---
# For

```r
put_image("for_loop.png")
```

---
# For

La scrittura di un ciclo `for` è:

```r
for(i in 1:n){
    # operazioni
}
```

---
# Scomponiamo il ciclo for

Ci sono diversi elementi:

- `for(){}`: è l'implementazione in R (in modo simile all'`if statement`)
- `i`: questo viene chiamato *iteratore* o *indice*. E' un indice generico che può assumere qualsiasi valore e nome. Per convenzione viene chiamato `i`, `j` etc. Questo tiene conto del numero di iterazioni che il nostro ciclo deve fare
- `in <valori>`: questo indica i valori che assumerà l'*iteratore* all'interno del ciclo
- `{ # operazioni }`: sono le operazioni che i ciclo deve eseguire

---
# Hello world come ciclo for

```r
# vogliamo che il ciclo ripeta l'operazione 10 volte

for(i in 1:10){
    print("hello world")
}
```

```
## [1] "hello world"
## [1] "hello world"
## [1] "hello world"
## [1] "hello world"
## [1] "hello world"
## [1] "hello world"
## [1] "hello world"
## [1] "hello world"
## [1] "hello world"
## [1] "hello world"
```

---
# Ma l'iteratore?

La potenza del ciclo `for` sta nel fatto che l'iteratore `i` assume i valori del vettore specificato dopo `in`, uno alla volta:

```r
for(i in 1:10){
    print(i)
}
```

```
## [1] 1
## [1] 2
## [1] 3
## [1] 4
## [1] 5
## [1] 6
## [1] 7
## [1] 8
## [1] 9
## [1] 10
```

---
# For con iteratore vs senza

Questa è una distinzione importante quanto sottile, notate la differenza tra questi due cicli:

.pull-left[

```r
vec <- 1:5

for(i in 1:length(vec)){
    print(vec[i])
}
```

```
## [1] 1
## [1] 2
## [1] 3
## [1] 4
## [1] 5
```

]

.pull-right[

```r
vec <- 1:5

for(i in vec){
    print(i)
}
```

```
## [1] 1
## [1] 2
## [1] 3
## [1] 4
## [1] 5
```

]

---
# While

Il ciclo `while` è una versione più generale del ciclo for. Per funzionare utilizza una *condizione logica* e non un iteratore e un range di valori come nel `for`.

```r
while(condizione){
    # operazioni
}
```

Dove il ciclo continuearà fino a che la `condizione` è vera

---
# While - (Fun)

Provate a scrivere questo ciclo `while` e vedere cosa succede:

```r
x <- 10

while (x < 15) {
    print(x)
}
```

Chi mi sa spiegare il risultato?

---
# While

Questo esercizio è utile per capire che il `while` è un ciclo non pre-determinato e quindi necessita sempre di un modo per essere interrotto, facendo diventare la condizione falsa.

```r
x <- 5

while (x < 15) {
    print(x)
    x <- x + 1
}
```

```
## [1] 5
## [1] 6
## [1] 7
## [1] 8
## [1] 9
## [1] 10
## [1] 11
## [1] 12
## [1] 13
## [1] 14
```

---
# Applicazioni dei cicli

Gli esempi finora sono semplici ma poco utili. Quando il queste strutture iterative sono veramente utili?

Molte delle funzioni che utilizziamo come ad esempio `sum()`, `mean()`, etc. hanno al loro interno una sturttura iterativa

Immaginiamo di non avere la funzione `sum()` e di volerla ricreare, come facciamo? Idee?

---
# Somma come iterazione

Scomponiamo concettualmente la somma, sommiamo i numeri da 1 a 10:

- prendo il primo e lo sommo al secondo (`somma = 1 + 2`)
- prendo la `somma` e la sommo al 3 elemento `somma = somma + 3`
- ...

In pratica abbiamo:

- il nostro vettore da sommare
- un oggetto `somma` che accumula progressivamente le somme precedenti

---
# Somma come iterazione

```r
somma <- 0 # inizializziamo la somma a 0
x <- 1:10

for(i in seq_along(x)){
    somma <- somma + x[i]
}
```

---
# Somma come iterazione

Mettiamo tutto dentro una funzione

```r
my_sum <- function(x){
    somma <- 0 # inizializziamo la somma a 0

for(i in seq_along(x)){
        somma <- somma + x[i]
    }
    
    return(somma)
}

x <- rnorm(100)

my_sum(x)
```

```
## [1] 6.333769
```

```r
sum(x)
```

```
## [1] 6.333769
```

---
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# Ma in R c'è qualcosa di meglio...

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# Ma in R c'è qualcosa di meglio...

In R, l'utilizzo **esplicito** dei cicli `for` non è molto diffuso, per 2 motivi:

- R è un linguaggio fortemente **funzionale**
- R è un linguaggio spesso **vettorizzato**
- I cicli `for` sono molto verbosi e non sempre leggibili
- I cicli `for` in R, se non scritti bene, possono essere *estremamente lenti*

---
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# `*apply` family

---
# `*apply` family

Immaginate di avere una `lista` di vettori, e di voler applicare la stessa funzione/i ad ogni elemento della lista. Come fare? ^[1]

- applico manualmente la funzione selezionando gli elementi
- ciclo `for` che itera sugli elementi della lista e applica la funzione/i
- ...

```r
my_list <- list(
    vec1 <- rnorm(100),
    vec2 <- runif(100),
    vec3 <- rnorm(100),
    vec4 <- rnorm(100)
)
```

.footnote[
Hadley Wickam - The joy of functional programming - [link](https://www.youtube.com/watch?v=bzUmK0Y07ck&t=1453s)
]

---
# `*apply` family

Applichiamo `media`, `mediana` e `deviazione standard`:

.pull-left[

```r
means <- vector(mode = "numeric", length = length(my_list))
medians <- vector(mode = "numeric", length = length(my_list))
stds <- vector(mode = "numeric", length = length(my_list))

for(i in 1:length(my_list)){
    means[i] <- mean(my_list[[i]])
    medians[i] <- median(my_list[[i]])
    stds[i] <- sd(my_list[[i]])
}
```
]

.pull-right[

```r
means
```

```
## [1] -0.006370335  0.541019092 -0.006502664
## [4]  0.092749537
```

```r
medians
```

```
## [1]  0.0696847  0.5802772 -0.1202534
## [4]  0.1162621
```

```r
stds
```

```
## [1] 0.8980704 0.2673015 1.0862650
## [4] 0.8251167
```

]

---
# `*apply` family

Funziona tutto! ma:

- il `for` è molto laborioso da scrivere gli indici sia per la lista che per il vettore che stiamo popolando
- dobbiamo *pre-allocare delle variabili* (per il motivo della velocità che dicevo)
- 8 righe di codice (per questo esempio semplice)

---
# `*apply` family

In R è presente una famiglia di funzioni `*apply` come `lapply`, `sapply`, etc. che permettono di ottenere lo stesso risultato in modo più conciso, rapido e semplice:

```r
means <- sapply(my_list, mean)
medians <- sapply(my_list, median)
stds <- sapply(my_list, sd)

means
```

```
## [1] -0.006370335  0.541019092 -0.006502664
## [4]  0.092749537
```

```r
medians
```

```
## [1]  0.0696847  0.5802772 -0.1202534
## [4]  0.1162621
```

```r
stds
```

```
## [1] 0.8980704 0.2673015 1.0862650
## [4] 0.8251167
```

---
# `*apply` family - Bonus

Prima di introdurre l'`*apply` family un piccolo bonus. Sfruttando il fatto che in R **tutto è un oggetto** possiamo scrivere in modo ancora più conciso:

```r
my_funs <- list(median = median, mean = mean, sd = sd)

lapply(my_list, function(vec) sapply(my_funs, function(fun) fun(vec)))
```

```
## [[1]]
##       median         mean           sd 
##  0.069684698 -0.006370335  0.898070410 
## 
## [[2]]
##    median      mean        sd 
## 0.5802772 0.5410191 0.2673015 
## 
## [[3]]
##       median         mean           sd 
## -0.120253424 -0.006502664  1.086264960 
## 
## [[4]]
##     median       mean         sd 
## 0.11626207 0.09274954 0.82511673
```

Amazing! ora cerchiamo di dare un senso a queste righe di codice!

---
# `*apply` family

```r
*apply(<lista>, <funzione>)
```

- cosa può essere la `lista`?
    - lista
    - dataframe
    - vettore
- cosa può essere la `funzione`? 
    - funzione *base* o importata *pacchetto*
    - funzione *custom*
    - funzione *anonima*
    
---
# `*apply` family - intuizione

Prima di analizzare l'`*apply` family, credo sia utile un ulteriore parallelismo con il ciclo `for` che abbiamo visto. `*apply` non è altro che un ciclo `for`, leggermente semplificato:

.pull-left[

```r
vec <- 1:5
for(i in vec){
    print(i)
}
```

```
## [1] 1
## [1] 2
## [1] 3
## [1] 4
## [1] 5
```

]

.pull-right[

```r
vec <- 1:5
res <- sapply(vec, print)
```

```
## [1] 1
## [1] 2
## [1] 3
## [1] 4
## [1] 5
```

]

---
# `*apply` family - spoiler funzione anonima

Quindi come il ciclo `for` scritto come `i in vec` assegna al valore `i` un elemento per volta dell'oggetto `vec`, internamente le funzioni `*apply` prendono il primo elemento dell'oggetto in input (`lista`) e applicano direttamente la funzione che abbiamo scelto.

C'è un modo per rendere esplicito questo, anche nelle funzioni `*apply`:

.pull-left[

```r
vec <- 1:5
res <- sapply(vec, print)
```

```
## [1] 1
## [1] 2
## [1] 3
## [1] 4
## [1] 5
```
]

.pull-right[

```r
vec <- 1:5
res <- sapply(vec, function(i) print(i))
```

```
## [1] 1
## [1] 2
## [1] 3
## [1] 4
## [1] 5
```
]

---
# `*apply` e funzioni custom

```r
center_var <- function(x){
    x - mean(x)
}

my_list <- list(
    vec1 = runif(10),
    vec2 = runif(10),
    vec3 = runif(10)
)

lapply(my_list, center_var)
```

```
## $vec1
##  [1] -0.02645589  0.19123044 -0.01832059
##  [4] -0.33733953 -0.16888021 -0.24837232
##  [7]  0.06254983 -0.10920655  0.48630253
## [10]  0.16849229
## 
## $vec2
##  [1]  0.24672233  0.32669911 -0.49317247
##  [4] -0.07788761 -0.01148204  0.10684581
##  [7] -0.14687895  0.05182602 -0.12301389
## [10]  0.12034168
## 
## $vec3
##  [1] -0.07457288 -0.11030314  0.28342167
##  [4]  0.17321204 -0.03110910 -0.18385125
##  [7] -0.02700826  0.22667447  0.12983440
## [10] -0.38629797
```

---
# `*apply` e funzioni anonime

Una funzione anonima è una funzione non salvata in un oggetto ma scritta per essere **eseguita direttamente**, all'interno di altre funzioni che lo permettono:

```r
lapply(my_list, function(x) x - mean(x))
```

Come per i cicli `for` (ricordo che `*apply` e `for` sono identici), `x` è solo un placeholder (analogo di `i`) e può essere qualsiasi lettera o nome

---
# Tutte le tipologie di `*apply`

Vediamo tutti i tipi di `*apply` che ci sono. Alcuni sono più *utili* altri più *robusti* e altri ancora poco utilizzati:

- `lapply()`: la funzione di base
- `sapply()`: `simplified-apply`
- `tapply()`: poco utilizzata, utile con i *fattori*
- `apply()`: utile per i *dataframe/matrici*
- `mapply()`: versione multivariata, utilizza *più liste contemporaneamente*
- `vapply()`: utilizzata dentro le funzioni e pacchetti

---
# `lapply`

`lapply` sta per list-apply e restituisce sempre una lista, applicando la funzione ad ogni elemento della lista in input:

```r
res <- lapply(my_list, mean)
res
```

```
## $vec1
## [1] 0.5016948
## 
## $vec2
## [1] 0.6562981
## 
## $vec3
## [1] 0.5722675
```

```r
class(res)
```

```
## [1] "list"
```

---
# `sapply`

`sapply` sta per simplified-apply e (cerca) di restituire una versione più semplice di una lista, applicando la funzione ad ogni elemento della lista in input:

```r
res <- sapply(my_list, mean)
res
```

```
##      vec1      vec2      vec3 
## 0.5016948 0.6562981 0.5722675
```

```r
class(res)
```

```
## [1] "numeric"
```

---
# `apply`

`apply` funziona in modo specifico per dataframe o matrici, applicando una funzione alle righe o alle colonne:

- `apply(dataframe, index, fun)`

```r
# index 1 = riga, 2 = colonna
my_dataframe <- data.frame(my_list)
head(my_dataframe)
```

```
##        vec1      vec2      vec3
## 1 0.4752389 0.9030204 0.4976946
## 2 0.6929252 0.9829972 0.4619644
## 3 0.4833742 0.1631256 0.8556892
## 4 0.1643552 0.5784105 0.7454795
## 5 0.3328146 0.6448160 0.5411584
## 6 0.2533225 0.7631439 0.3884163
```

```r
apply(my_dataframe, 1, mean)
```

```
##  [1] 0.6253180 0.7126289 0.5007297
##  [4] 0.4960818 0.5062630 0.4682942
##  [7] 0.5396410 0.6331848 0.7411278
## [10] 0.5442655
```

```r
apply(my_dataframe, 2, mean)
```

```
##      vec1      vec2      vec3 
## 0.5016948 0.6562981 0.5722675
```

```r
apply(my_dataframe, 2, center_var)
```

```
##              vec1        vec2        vec3
##  [1,] -0.02645589  0.24672233 -0.07457288
##  [2,]  0.19123044  0.32669911 -0.11030314
##  [3,] -0.01832059 -0.49317247  0.28342167
##  [4,] -0.33733953 -0.07788761  0.17321204
##  [5,] -0.16888021 -0.01148204 -0.03110910
##  [6,] -0.24837232  0.10684581 -0.18385125
##  [7,]  0.06254983 -0.14687895 -0.02700826
##  [8,] -0.10920655  0.05182602  0.22667447
##  [9,]  0.48630253 -0.12301389  0.12983440
## [10,]  0.16849229  0.12034168 -0.38629797
```

---
# `tapply`

`tapply` permette di applicare una funzione ad un *vettore*, dividendo questo vettore in base ad una variabile categoriale:

- `tapply(dataframe, index, fun)`: dove `index` è un vettore di stringa o un fattore

```r
vec <- rnorm(75)
index <- rep(c("a", "b", "c"), each = 25)

tapply(vec, index, mean)
```

```
##          a          b          c 
## -0.2936281 -0.1368514 -0.3559475
```

---
# `vapply`

`vapply` è una versione più *solida* delle precedenti dal punto di vista di programmazione. In pratica permette (e richiede) di specificare in anticipo la tipologia di dato che ci aspettiamo come risultato

`vapply(X = , FUN = , FUN.VALUE =  ,... )`

```r
vapply(my_list, FUN = mean, FUN.VALUE = numeric(length = 1))
```

```
##      vec1      vec2      vec3 
## 0.5016948 0.6562981 0.5722675
```

- `my_list, FUN = mean`: è esattamente uguale a `sapply/lapply`
- `FUN.VALUE = numeric(length = 1)`: indica che ogni risultato è un singolo valore numerico

---
# `mapply`

Questa è quella più complicata ma anche molto utile. Praticamente permette di gestire più liste contemporaneamente per scenari più complessi. Ad esempio vogliamo usare la funzione `rnorm()` e generare vettori con diverse **medie** e **deviazioni stardard** in combinazione.

```r
medie <- list(10, 20, 30, 40)
stds <- list(1,2,3,4)
mapply(function(x, y) rnorm(n = 10, mean = x, sd = y), medie, stds, SIMPLIFY = FALSE)
```

```
## [[1]]
##  [1]  8.510370 10.108992  8.447996
##  [4] 10.251278 10.506524  9.293577
##  [7]  9.359926  9.401884 10.632653
## [10] 10.431614
## 
## [[2]]
##  [1] 18.79541 19.10127 21.51849 21.71036
##  [5] 16.10669 20.93557 18.04795 20.47475
##  [9] 19.11613 20.95141
## 
## [[3]]
##  [1] 23.66825 31.95939 27.70035 31.83702
##  [5] 30.99936 32.26188 26.84912 32.69733
##  [9] 23.05761 30.36312
## 
## [[4]]
##  [1] 48.19375 38.92567 37.49235 42.67429
##  [5] 29.99206 43.90735 36.70083 41.08793
##  [9] 44.46095 41.33932
```

**IMPORTANTE**, tutte le liste incluse devono avere la stessa dimensione!

---
# `mapply`

```r
mapply(function(x, y) rnorm(n = 10, mean = x, sd = y), medie, stds, SIMPLIFY = FALSE)
```

- `function(...)`: è una funzione anonima come abbiamo visto prima che può avere *n* elementi
- `rnorm(n = 10, mean = x, sd = y)`: è l'effettiva funzione anonima dove abbiamo i placeholders `x` and `y`
- `medie, stds`: sono **in ordine** le liste corrispondenti ai placeholders indicati, quindi `x = medie` e `y = stds`.
- `SIMPLIFY = FALSE`: semplicemente dice di restituire una lista e non cercare (come `sapply`) di semplificare il risultato

---
# `mapply` come `for`

Lo stesso risultato (in modo più verboso e credo meno intuitivo) si ottiene con un `for` usando più volte l'iteratore `i`:

```r
medie <- list(10, 20, 30, 40)
stds <- list(1,2,3,4)

res <- vector(mode = "list", length = length(medie))

for(i in 1:length(medie)){
    res[[i]] <- rnorm(10, mean = medie[[i]], sd = stds[[i]])
}

res
```

```
## [[1]]
##  [1] 10.069126 11.829274  9.634467
##  [4]  9.342058  9.572371 10.992333
##  [7] 11.176853  9.810395  9.734697
## [10] 11.887072
## 
## [[2]]
##  [1] 17.84274 21.73704 19.25194 21.14338
##  [5] 17.16708 23.84023 21.11711 20.99314
##  [9] 21.74086 20.71730
## 
## [[3]]
##  [1] 28.27780 27.93089 30.64508 27.83169
##  [5] 33.20923 27.94132 26.74240 29.72008
##  [9] 28.48453 32.20743
## 
## [[4]]
##  [1] 43.86781 40.95088 38.40303 37.44059
##  [5] 42.93061 35.91237 43.29245 38.38878
##  [9] 41.78449 44.58055
```

---
class: section, center, middle

# `*apply` alcune precisazioni

---
# `*apply` vettore vs lista

Abbiamo sempre usato esplicitamente `liste` fino ad ora, ma le funzioni `*apply` sono direttamente applicabili anche a **vettori**

- se usiamo un vettore di *n* elementi, allora itereremo da `1:n`
- se usiamo una lista di *n* elementi, allora iteriamo da `1:n` dove il singolo elemento può essere qualsiasi cosa

```r
my_vec <- 1:5
my_list <- list(a = 1:2, b = 3:4, c = 5:6)
res <- sapply(my_vec, print)
```

```
## [1] 1
## [1] 2
## [1] 3
## [1] 4
## [1] 5
```

```r
res <- sapply(my_list, print)
```

```
## [1] 1 2
## [1] 3 4
## [1] 5 6
```

---
# `*apply` come un `for`

Nulla ci vieta (ma perdiamo l'aspetto intuitivo e conciso) di usare le funzioni `*apply` esattamente come un ciclo `for`, usando un **iteratore**:

```r
medie <- c(10, 20, 30, 40)
stds <- c(1,2,3,4)

res <- lapply(1:length(medie), function(i){
    rnorm(n = 10, mean = medie[i], sd = stds[i])
})
```

Trovo tuttavia più chiara l'alternativa usando `mapply`:

```r
mapply(function(x, y) rnorm(n = 10, mean = x, sd = y), medie, stds, SIMPLIFY = FALSE)
```

---
class: section, center, middle

# Extra: `purrr::map*`

---
# Extra: `purrr::map*`

.pull-left[

```r
put_image("purrr.svg")
```

]

.pull-right[

Senza addentrarci troppo in questo modo, c'è una famiglia di funzioni che una volta imparato `*apply` vi consiglio di usare perchè più consistenti e intuitive, la `map*` family.

]

---
# Extra: `purrr::map*`

Per usare `purrr::map*` è sufficiente installare il pacchetto `purrr` con `install.packages("purrr")` ed iniziare ad usare le nuove funzioni. La sintassi è esattamente la stessa di `*apply` (qualche modifica ma potete usare la stessa) ma invece che usare una funzione per tutto, abbiamo molte funzioni per ogni casistica:

- `map(lista, funzione)` è l'analogo di `lapply()` e fornisce sempre una lista

- `map_dbl(lista, funzione)` applica la funzione ad ogni elemento e **si aspetta che** il risultato sia un vettore di *double*
- `map_lgl(lista, funzione)` applica la funzione ad ogni elemento e **si aspetta che** il risultato sia un vettore *logico*
- `map2/pmap_*` sono rispettivamente applicare la funzione a 2/n liste (analogo di `mapply()`)

---
class: section, center, middle

# Extra: `replicate()` and `repeat()`

---
# Extra: `replicate()` and `repeat()`

Ci sono altre due funzioni in R che permettono di *iterare*. Sono meno utilizzate perchè si ottengono gli stessi risultati usando un semplice `for` o `*apply`.

- `replicate()` permette di ripetere un operazione *n* volte, senza però utilizzare un `iteratore` o un `placeholder`.
- `repeat()` anche repeat permette di ripetere ma fino a che non si verifica un certa condizione (**logica**). Ha una struttura simile al ciclo `while`

---
class: section, center, middle

# Extra: Formula syntax

---
# Formula syntax

In R molte operazioni vengono eseguite usando la **formula syntax** `something ~ something else` ad esempio:

- modelli statistici: `lm(y ~ x, data = data)`, `t.test(y ~ factor, data = data)`
- plot: `boxplot(y ~ x, data = data)`
- ...

In cosa consiste?

---
# Formula syntax

Senza andare nei dettagli tecnici, R usa una cosa che si chiama *lazy evaluation*. In altri termini "salva" delle operazioni per essere eseguite in un secondo momento. Tutti sappiamo che se scriviamo un nome (senza virgolette) e questo non è associato ad un oggetto otteniamo un errore. Tuttavia alcune funzioni come `library()` non forniscono errore. Perchè?

```r
stats # errore
```

```
## Error in eval(expr, envir, enclos): object 'stats' not found
```

```r
library(stats) # no errore
```

---
# Formula syntax

La ragione è che R è in grado di salvare un'espressione per usarla poi in uno specifico contesto (ad esempio dentro una funzione). La `formula syntax` è un esempio. Usando la tilde `~` possiamo creare delle `formule` che R può utilizzare in specifici contesti:

```r
y
```

```
##  [1] a a a a a a a a a a b b b b b b b b b
## [20] b c c c c c c c c c c
## Levels: a b c
```

```r
x
```

```
##   [1]  0.631750086  1.434700393
##   [3]  0.210240729  1.222251419
##   [5] -0.431994182 -0.369353513
##   [7] -0.272465913  0.212206954
##   [9]  1.933712668 -0.262484377
##  [11] -0.990265546 -0.236954429
##  [13] -0.700686882 -0.516784735
##  [15] -0.193668320  1.182179450
##  [17] -1.189534736  0.825650472
##  [19] -0.481826767 -1.006919148
##  [21]  0.357746833 -0.736708111
##  [23]  1.265867721 -0.079721825
##  [25] -0.726260143  0.152070013
##  [27] -1.616989407 -0.325359028
##  [29] -0.244854886  0.384590248
##  [31]  1.233404696 -0.032734834
##  [33]  0.333363482 -1.566268255
##  [35]  2.408047418  1.256503433
##  [37] -0.292110519  1.415912719
##  [39]  0.962667223  0.275150533
##  [41]  0.338396702  1.863313707
##  [43]  0.108624990  0.898749676
##  [45] -2.028758508  0.788354778
##  [47]  0.138367761 -0.944288590
##  [49] -1.054127138 -0.600947891
##  [51]  0.335066336 -0.301630866
##  [53]  1.725246258 -1.077958286
##  [55]  0.203920671 -1.001122663
##  [57] -1.047135027  1.332059277
##  [59] -0.945865904  2.406319950
##  [61]  0.291925704 -1.023203767
##  [63]  0.754074676 -0.402169628
##  [65]  0.002690545  0.280142842
##  [67]  0.139347929 -1.677632133
##  [69]  1.223211693 -0.079526787
##  [71] -0.608359160  0.314232124
##  [73] -0.489759865  0.019503736
##  [75]  1.992583585  0.454167805
##  [77]  1.771710022 -0.687672265
##  [79] -0.255469963 -1.659913734
##  [81]  0.645925314  0.159533229
##  [83]  1.388550735 -0.188619967
##  [85] -0.464092441 -1.167611607
##  [87]  0.599218927 -0.730753221
##  [89]  0.276712360  0.827788828
##  [91]  0.142455272 -0.833815799
##  [93]  1.775685985  0.026642972
##  [95] -2.550803406  0.028185983
##  [97] -0.959673292 -0.190366762
##  [99]  0.034407155  0.593858779
```

```r
y ~ x
```

```
## y ~ x
## <environment: 0x000001a9edb4e568>
```

```r
my_formula <- y ~ x
class(my_formula)
```

```
## [1] "formula"
```

---
# Formula syntax e `aggregate()`

Un esempio utile è la funzione `aggregate()` molto interessante per applicare funzioni a dataframe. Immaginate di avere il dataset `iris` e calcolare la media per ogni livello del fattore `Species`:

```r
tapply(iris$Sepal.Length, iris$Species)
```

```
##   [1] 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
##  [19] 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
##  [37] 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2
##  [55] 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
##  [73] 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
##  [91] 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3
## [109] 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
## [127] 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
## [145] 3 3 3 3 3 3
```

```r
aggregate(Sepal.Length ~ Species, FUN = mean, data = iris)
```

```
##      Species Sepal.Length
## 1     setosa        5.006
## 2 versicolor        5.936
## 3  virginica        6.588
```

```r
# Anche creando un oggetto, ma solo come formula

my_formula <- Sepal.Length ~ Species
my_char <- "Sepal.Length ~ Species"
aggregate(my_char, FUN = mean, data = iris)
```

```
## Error in aggregate.data.frame(as.data.frame(x), ...): argument "by" is missing, with no default
```

```r
# Viene lo stesso usando $ e senza specificare data =
aggregate(iris$Sepal.Length, iris$Species, FUN = mean)
```

```
## Error in aggregate.data.frame(as.data.frame(x), ...): 'by' must be a list
```
---

# Formula syntax e `aggregate()`

Ma anche operazioni più complesse:

```r
my_iris <- iris
my_iris$fac <- rep(c("a", "b", "c"), 50)
aggregate(Sepal.Length ~ Species + fac, mean, data = my_iris)
```

```
##      Species fac Sepal.Length
## 1     setosa   a     5.052941
## 2 versicolor   a     5.770588
## 3  virginica   a     6.756250
## 4     setosa   b     5.011765
## 5 versicolor   b     6.018750
## 6  virginica   b     6.447059
## 7     setosa   c     4.950000
## 8 versicolor   c     6.023529
## 9  virginica   c     6.570588
```

---
# Replicate

.pull-left[

`replicate(n, expr)`

- `n` è il numero di ripetizioni
- `expr` è la porzione di codice da ripetere

```r
# Campioniamo 1000 volte da una normale e facciamo la media AKA distribuzione campionaria della media

nrep <- 1000
nsample <- 30
media <- 100
ds <- 30

means <- replicate(n = nrep, expr = {
    mean(rnorm(nsample, media, ds))
})
```

]

.pull-right[

]

---
# `repeat()`

```r
repeat {
    # cose da ripetere
    
    if(...){ # condizione da valutare
        
        break # ferma il loop
    }
}
```

```r
i <- 1

repeat {
    print(i)
    i = i + 1
    if(i > 3){
        break
    }
}
```

```
## [1] 1
## [1] 2
## [1] 3
```

---
# `repeat()` vs `while`

.pull-left[

```r
i <- 1

repeat {
    print(i)
    i = i + 1
    if(i > 3){
        break
    }
}
```

```
## [1] 1
## [1] 2
## [1] 3
```
]

.pull-right[

```r
i <- 1

while(i < 4){
    print(i)
    i <- i + 1
}
```

```
## [1] 1
## [1] 2
## [1] 3
```
]

- `repeat` valuta la condizione una volta finita l'iterazione, mentre `while` all'inizio. Se la condizione non è `TRUE` all'inizio, il `while` non parte mentre `repeat` si.